JP3615548B2 - 特にコンクリートポンプ車用の大型マニピュレータおよびその取扱操作方法 - Google Patents

Description

本発明は、台、特にシャーシ上に設けられ、ほぼ垂直な回転軸線回りに駆動装置によって回転可能な回転ヘッドと、少なくとも３本のマストアームからなる、特にコンクリート分配マストとして形成された折畳みマストとを備え、このマストアームがそれぞれ互いに平行で水平な折畳み軸線の回りに、それぞれ隣接する回転ヘッドまたはマストアームと相対的に、それぞれ一つの他の駆動装置によって制限的に揺動可能であり、更に、駆動装置を制御するためおよび特に端ホースを支持するマスト尖端部を所定の調節経路に沿って調節するための、制御装置を有する遠隔制御装置を備えた、特にコンクリートポンプ車のための大型マニピュレータに関する。
この種のコンクリートポンプ車は、折畳みマストが伸長した水平位置にあるときにも回転ヘッドを360゜の全揺動範囲で使用可能な移動式作業装置である。操作人はコンクリートポンプ車を制御する責任があり、かつ折畳みマストの最後のアームのコンクリート端ホースを位置決めする責任がある。そのために操作人は、建設現場境界条件を観察して、建設されていない三次元作業空間内で折畳みマストを動かしながら、所属の駆動装置を介して折畳みマストの３つ以上の回転自由度を操作しなければならない。比例式遠隔制御装置を使用することにより、この操作人の仕事は容易になり、操作人はもはやケーブルによってコンクリートポンプ車と空間的に接続されない。しかしながら、個々の軸の操作時に、端ホースの制御できない動作が生じ、ひいては建設現場の人々が危険にされされるというリスクがある。更に、端ホースの実際に則したな迅速動作は、複数の軸の同時制御を必要とする。従って、大型マニピュレータの取扱操作を容易にするために、折畳みマストの回転自由度の個別制御の代わりに、適切なコンピュータ支援によって端ホースをデカルトのｘ−,y−,z−座標系内で調節レバーによって移動させることが既に提案された。この場合、台に固定されたまたは建設現場に固定された座標系を選択することができる（“コンピュータ制御式コンクリート分 配”ハルトムート ベンケルト（Hartmut Benckert）技 術博士、プッツマイスター−ベルク（Putzmeister−Wer k）第111〜119頁、オートメーションおよびロボットの 第８回国際シンポジウム、IPA（FHG）、シュトゥッガル ト1991年）。しかしながら、この種の操作は、多くの用途で充分に合理的でないことが判った。なぜなら、そのために必要な調節レバーの操作を、折畳みマストの見える動作経過に常に正確に調和させることができるとは限らないからである。
これから出発して、本発明の根底をなす課題は、操作人が折畳みマストの到達距離内の空間の中の任意の個所を、簡単な取扱操作によってコンクリート打ち込み個所から直接制御することができるように、冒頭に述べた種類の公知の大型マニピュレータを改良することである。
この課題を解決するために、請求項1,25に記載の特徴の組み合わせが提案される。本発明の有利な実施形および発展形態は従属請求項に記載してある。
本発明による解決策は、操作人が端ホースを手で容易にコンクリート打ち込み個所へ誘導し、この端ホースにマスト尖端部を自動的に追従させることができるという思想に基づいている。そのためには、操作人がコンピュータ支援で特に端ホースによって設定可能な調節変位にわたってマスト尖端部を動かすことができる適当な信号伝達経路が必要である。これを達成するために、本発明では、遠隔制御装置が、マスト尖端部または端ホースに設けられかつ制御機構を介して機械的、光学的、電磁的および電気的に起動可能である、マスト尖端部のマスト尖端部の瞬間位置に対する、制御機構によって直接示された調節経路に応じて、折畳み軸線と回転軸線の駆動装置を操作するコンピュータ支援の座標発信器を制御するための信号発信器を備えていることが提案される。
本発明の有利な実施形では、制御機構が、信号発信器に機械的に連結されかつマスト尖端部と相対的に、調節経路を示すいろいろな方向に調節可能である制御レバーとして形成されている。この制御レバーは例えばセンサリング、ロープまたは棒を介して操作可能であり、可動の端ホースに機械的に連結可能であるかあるいは或る程度の遊びをもってこの端ホースを取り囲んでいる。
その代わりに、制御機構と信号発信器は指向性の送信−受信−無線電信経路によって互いに接続可能である。この場合、操作人の手の中またはヘルメット上にある送信器を制御機構として使用することができる。この送信器から上方へ特に指向円錐の形に発せられる信号は、マスト尖端部の範囲に設けられた指向性受信器によって受信され、適当な評価電子装置と座標発信器を介して折畳みマストの所望の運動に変換可能である。そのために、送信器はレーザーダイオードを含んでいてもよいし、受信器は指向性受光器を含んでいてもよい。
本発明の好ましい実施形では、制御機構が可動の端ホースに特に取り外し可能にかつ高さ調節可能に設けられた指向性傾斜発信器として形成されている。指向性は例えば二軸の傾斜発信器を使用することによって実現可能である。傾斜発信器は好ましくは、測定された傾斜方向に依存する、マスト尖端部の運動のための調節経路信号およびまたは測定された傾斜角度に依存するマスト尖端部の運動のための速度信号を発するための統合されたまたは従属する信号発信器を有する評価電子装置を備えている。傾斜発信器は特に信号発信器と共に、マスト尖端部と相対的に回転しないように端ホースに固定されたケーシングに設けられている。この手段に基づいて、端ホースが向き振れする際に、マスト尖端部をこの向き振れ方向と一致する方向に、向き振れ角度または傾斜角度に依存する速度で動かすことができる。
把手がホース軸線回りにおよびまたはホース軸線に対して横方向に延びる軸線回りに揺動可能に端ホースに設けられていると、本発明の傾斜発信器により、大型マニピュレータをきわめて簡単に取扱操作可能である。操作人の両手操作のために、把手は好ましくは端ホースの直径方向に対向する側へ突出する二つの把手部分を備えている。この把手は更に、例えばコンクリートポンプを始動および停止するためおよびまたは搬送量を調節するためのおよびまたはマスト尖端部を昇降するための切り換え兼制御要素を取りつけるために適している。マスト尖端部の不意の運動を避けるために、切り換え要素の一つをデッドマンスイッチとして形成可能である。
運転安全性の理由から、座標発信器を介しての折畳みマストとマスト台の駆動装置は好ましくは、設定された水平平面からのマスト尖端部の高さを維持しながら組み合わせ制御される。それによって、マスト尖端部が信号発信器に追従し、マスト尖端部が常に、操作人から所定の高さ間隔においてほぼ垂直方向にとどまり、端ホースの例えば±50cmの所定の最低向き振れ時に追従する。マスト尖端部の高さ調節のために更に、手動操作される高さ調節要素を設けることができる。この高さ調節要素は例えば制御機構に作用する昇降力に応答しかつ特にアナログ式に振動制御される、所定の零位置を有する切り換えスイッチである。
マスト尖端部の運動速度が、制御機構の向き振れ幅に応じて調節方向に零位置と相対的に制御可能であると、特に有利である。
水平方向調節およびまたは垂直方向調節時に運動経過を最適にするためには、折畳みマストの多重複の折畳み軸線の駆動装置が、選択的に設定可能な変位−揺動−特性に応じて操作可能であることが重要である。マストアームが一方では重力軸線に対するその配向に依存しておよび他方ではそれに作用する負荷（例えば搬送管内のコンクリート）によって、曲げ負荷またはねじり負荷を多少受け、この負荷が個々のヒンジにおける所定の揺動位置でマスト尖端部の位置を悪化させるので、本発明の好ましい実施形では、座標発信器の変位−揺動−特性が個々のマストアームに作用する負荷に依存する曲げモーメントおよびねじりモーメントに応じて変更可能である。折畳みマストの移動空間内での衝突を避けるために、障害物を克服すると、上記と同じことが言える。そのために、折畳み軸線の変位−揺動−特性が座標発信器で、特に最高およびまたは最低折畳み個所を設定することによって、マストアーム運動を空間的に制限する衝突領域に応じて変更可能である。この観点から、折畳み軸線の変位−揺動−特性が座標発信器で、特に最後のマストアームに設けられた間隔センサによって発せられる測定信号に応じて変更可能であると一層安全である。
次に、図に略示した実施の態様に基づいて本発明を詳しく説明する。
図１は、５本のアームを有する折畳みマストを備えたコンクリートポンプの折畳み状態を示す側面図、
図2aと図2bは折畳みマストが伸長した状態を示すコンクリートポンプの側面図と平面図、
図３はマスト尖端部に設けた機械式に操作される遠隔制御装置を備えた図2aの折畳みマストの部分図、
図４は無線で操作される遠隔制御装置を備えた折畳みマストの図３と同様な部分図、
図５はロープで操作される遠隔制御装置を備えた折畳みマストの図３と同様な部分図、
図６は端ホースに設けた傾斜発信器と把手を備えた図2aの折畳みマストの部分図、
図7a,図7bおよび図7cは、端ホース部分が向き振れしていないマスト尖端部と、端ホース部分が左方または右方へ向き振れしたマスト尖端部と、端ホース部分が前方および後方へ向き振れしたマスト尖端部の側面図、
図8a,図8bおよび図8cは、把手を備えた端ホースの下端部の三つの側面図である。
図に示したコンクリートポンプ車はシャーシ10と、前車軸12およびシャーシ10の運転室14の近くに設けられたマスト台16と、図示していない液圧回転装置によってマスト台16上で垂直回転軸線18回りに360゜回転可能でありかつ折畳みマスト20を支持する回転ヘッド17と、材料供給容器22を介してコンクリートを供給可能である液圧駆動可能なコンクリートポンプ24と、分岐管26を介してコンクリートポンプ24に接続された送出管28とを備えている。折畳みマスト20は５本のマストアーム1,2,3,4,5を備えている。このマストアームは折畳みヒンジＡにおいて回転ヘッド17に揺動可能に連結され、そして折畳みヒンジB,C,D,Eにおいてそれぞれ水平な折畳み軸線回りに揺動可能に相互連結されている。ヒンジＡ〜Ｅ回りのマストアーム１〜５の折畳みと伸長は、複動式液圧シリンダ30によって行われる。この液圧シリンダのシリンダ側およびピストンロッド側の端部は、マストアーム１〜５と回転ヘッド17のブラケットまたは折り返し湾曲部材に枢着されている。図１に示した走行状態では、マストアームは互いにほぼ平行に折り畳まれている。一方、図2a,2bに示す状態では、マストアームは伸長している。
折畳みマスト20の駆動装置30を操作するために、遠隔制御装置が設けられている。この遠隔制御装置は信号発信器53と、この信号発信器53と電気的にまたは無線で連絡する車両固定の中央制御装置31を含んでいる。マスト尖端部55とこのマスト尖端部に設けられ下方へ吊り下げられた端ホース50を調節するために、信号発信器53に機械的に接続されたあるいは無線で連絡する制御機構52,54が設けられている。この制御機構は操作人51によってマスト尖端部55の所望の調節路程にわたって直接移動させられる。
図３に示した実施の形態の場合には、制御機構52は、合成樹脂棒60を介してマスト尖端部55に設けられた信号発信器53に機械的に連結されかつ端ホース50を取り囲むセンサリングとして形成されている。その際、信号発信器53は好ましくは、アナログ比例式に作用するカルダン式の角度発信器として形成されている。この角度発信器は制御ケーブル62を介して中央の制御装置31に接続されている。図示した実施の形態の場合、合成樹脂棒60の下側範囲には、垂直方向に摺動可能なアナログ比例式に作用する押圧スイッチ63が設けられている。この押圧スイッチを介して、マスト尖端部55の垂直方向調節を開始することができる。高さ調節スイッチ63は基本的には、合成樹脂棒60の上端にも設けることができ、合成樹脂棒の昇降によって操作可能である。この配置構造は荒っぽい建設現場作業において損傷する危険が小さい。
更に、コンクリートポンプのスイッチを投入遮断するためおよび搬送ポンプを制御するためのスイッチ64を、センサリング52に付加的に設けることができる。
図４に示した実施の形態の場合には、制御機構54と信号発信器53の間には、無線の指向性信号伝送経路、例えばレーザー光経路または赤外線経路が設けられている。この場合、制御機構54は操作人51の手の中またはヘルメット上にある送信器として形成されている。図示した実施の形態の場合、この送信器54は変化する強度分布を有する、上方へ向いた狭い指向性円錐55を発する。この強度分布は受信器53と制御装置31を介して評価可能であり、かつマスト尖端部55に案内するために評価可能である。それによって、この場合にも、折畳みマスト20のマスト尖端部55は水平な平面40に対して平行に操作人51の動きに追随する。
図５の実施の形態の場合には、操作人51はそのヘルメットまたはその体に固定されたロープ65を介して、カルダン式の角度発信器として形成された信号発信器53に機械的に接続されている。操作人51の動きによってロープ65を介して加えられる力は、方向および引張り力が信号発信器53と中央制御装置31を介して評価され、折畳みマスト20のマスト尖端部55が平面40に対して平行に操作人の動きに追随する。
垂直運動の付加的な開始は、機械式信号伝達の場合にも無線による信号伝達の場合にも、コンクリート打ち込み場所から、手動操作される高さ調節要素63を介して可能である。同様に、コンクリートポンプも打ち込み場所から、そのためのスイッチによって始動および停止可能である。
所望の運動方向に制御機構52を向き振れさせる際に、制御信号が信号発信器53を経て制御装置31に伝達され、データ加工ステップにおいて且つコンピュータ支援の座標発信器、すなわち座標フィールド装置において６本の軸18,A,B,C,D,Eの駆動装置30のための座標信号に変換される。更に、制御機構52,54の向き振れの大きさが適当なセンサ装置または電子装置を介して、速度を決める信号に変換される。６本の軸すべてが座標発信器内でソフトウェアに従って制御され、それによって当該のヒンジが変位と時間に依存して互いに調和して動く。折畳みヒンジの余剰自由度の制御は予めプログラミングされた方策に従って行われる。この方策の場合には、障害物、天井、内装等の形をした衝突領域がソフトウェアを介して入力され、運動経過において考慮することができる。
図６〜８に示した実施の形態の場合には、制御機構52が傾斜発信器として形成されている。この傾斜発信器は信号発信器53と共に小さなケーシング内に設けられている。このケーシングは固定金具70によって回転しないように端ホース50に固定可能である。発信器52,53から発信される制御信号は制御ケーブル62を経て中央制御装置31に導かれる。二軸のように形成された傾斜発信器52は指向性である。この傾斜発信器は、図7bに示す端ホースの側方への向き振れと、図7cに示す、この向き振れに対して垂直な向き振れに応答し、従って信号発信器と共に測定された傾斜方向に依存する調節変位信号を発信するために適している。更に、測定された傾斜角度に依存する、マスト尖端部55の動きのための速度信号を発生することができる。
端ホース50の下側部分には、迅速固定金具74によって把手72が取り外し可能に固定されている。この把手72は互いに直径方向に対向する反対側へ端ホースから突出する２個の掴み部分72′,72″からなっている。把手は端ホース中心軸線の回りに約340゜だけ回転可能に設けられている。従って、あらゆる方向から把手を容易に掴むことができる。必要時には、把手72を端ホース中心軸線に対して横方向に延びる軸76の回りに揺動させることができる。把手は更に、若干の切り換え兼制御機構、例えばコンクリートポンプを始動および停止するためのスイッチ78、搬送量を正または負の方向に調節するための押ボタン要素80、調節レバーとして形成された、端ホース50のための高さ調節機構82および安全装置としてのデッドマンスイッチ84を備えていてもよい。
上記の方法は特に長い到達距離を有する機器が使用されるときには、微細構造の建設現場でのコンクリート処理のために適している。
要約すると、本発明は特にコンクリートポンプ車のための大型のマニピュレータに関する。シャーシ10上には、マスト台16上で垂直回転軸線18回りに回転可能な回転ヘッド17と、少なくとも３本のマストアーム１〜５からなる折畳みマスト20が設けられている。折畳みマスト20のマストアーム１〜５は互いに平行な水平な折畳み軸Ａ〜Ｅの回りに、それぞれ隣接する回転ヘッド17またはマストアーム１〜５と相対的に、各々１個の駆動装置30によって制限的に揺動可能である。折畳みマスト20の操作は遠隔制御装置を介して行われる。この遠隔制御装置はマスト尖端部55に設けられた、制御機構52によって機械的に起動可能な信号発信器53を備えている。この信号発信器はコンピュータ支援の座標発信器を備えている。この座標発信器は、マスト尖端部55のマスト尖端部の瞬間位置に対する、制御機構52によって示された調節経路に応じて、折畳み軸または回転軸の駆動装置30を操作する。

Claims (28)

1. 台、特にシャーシ（10）上に設けられ、ほぼ垂直な回転軸線（18）回りに駆動装置によって回転可能な回転ヘッド（17）と；少なくとも３本のマストアーム（１〜５）からなり、コンクリート分配マストとして形成された折畳みマスト（20）とを備える、特にコンクリートポンプ車のための大型マニピュレータにして、上記マストアーム（１〜５）が、それぞれ互いに平行で水平な折畳み軸線（Ａ〜Ｅ）の回りに、それぞれ隣接する回転ヘッド（17）又はマストアーム（１〜５）と相対的に、それぞれ一つの他の駆動装置（30）によって制限的に揺動可能であり、更に、上記他の駆動装置（30）を制御し且つ端ホース（50）を支持するマスト尖端部（55）を所定の調節経路に沿って調節するための、制御機構（52,54）を有した遠隔制御装置（53,31）を備えるような、大型マニピュレータにおいて、上記遠隔制御装置が、マスト尖端部（55）又は端ホース（50）に設けられ且つ制御機構（52;54）を介して機械的、光学的、電磁的又は電気的に作動可能である信号発信器にして、マスト尖端部（55）の瞬間位置に対する、上記制御機構（52,54）によって直接示された調節経路に応じて、折畳み軸線（Ａ〜Ｅ）と回転軸線（１〜８）の各駆動装置（30）を操作するコンピュータ支援の座標発信器を制御するための信号発信器（53）を備えており、上記マスト尖端部（55）が端ホース（50）の空間的な移動に自動的に 追従し、所定の範囲の外側でのみ当該追従をすることを特徴とする大型マニピュレータ。
2. 制御機構（52）が、信号発信器（53）に機械的に連結され且つ調節経路を示す色々な方向においてマスト尖端部（55）に対し調節可能である制御レバーとして形成されていることを特徴とする請求項１に記載の大型マニピュレータ。
3. 制御レバーがセンサ・リング、ロープ又はロッドを介して操作可能なものであることを特徴とする請求項２に記載の大型マニピュレータ。
4. 制御機構（52）が可動端ホース（50）に、特に所定の空間的遊びをもって機械的に連結されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の大型マニピュレータ。
5. 制御機構と信号発信器が無線の指向性送信・受信経路（55）によって互いに接続されていることを特徴とする請求項１に記載の大型マニピュレータ。
6. 指向性送信・受信経路が光経路、赤外線経路又は無線電信経路であることを特徴とする請求項５に記載の大型マニピュレータ。
7. 信号発信器がレーザーダイオードを有し、受信器が指向性受光器を有することを特徴とする請求項５又は６に記載の大型マニピュレータ。
8. 制御機構（54）が可動端ホース（50）に又は操作人（51）の体の部分に固定可能であり、且つ特に手動で作動可能であることを特徴とする請求項５〜７のいずれか一項に記載の大型マニピュレータ。
9. 制御機構（52）が可動端ホース（50）に特に取り外し可能に及び／又は高さ調節可能に設けられた指向性傾斜インジケータとして形成されていることを特徴とする請求項１に記載の大型マニピュレータ。
10. 制御機構（52）が二軸の傾斜インジケータとして形成されていることを特徴とする請求項９に記載の大型マニピュレータ。
11. 傾斜インジケータ（52）が、測定された傾斜方向に依存する調節経路信号を、及び／又は測定された傾斜角度に依存する速度信号を、マスト尖端部（55）の運動のために発するための統合された、又は後付けされた信号発信器（53）を有する評価電子装置を備えていることを特徴とする請求項９又は10に記載の大型マニピュレータ。
12. 傾斜インジケータ（52）が特に信号発信器（53）と共に、マスト尖端部（55）と相対的に回転しないように端ホース（50）に固定可能なケーシングに設けられていることを特徴とする請求項９〜11のいずれか一項に記載の大型マニピュレータ。
13. 把手（72）がホース軸線回りに、及び／又はホース軸線に対して横方向に延びる軸線（76）回りに揺動可能に端ホース（50）に設けられていることを特徴とする請求項１〜12のいずれか一項に記載の大型マニピュレータ。
14. 把手（72）が端ホース（50）の直径方向に対向する側へ突出する、両手操作用の二つの把手部分（72',72"）を備えていることを特徴とする請求項13に記載の大型マニピュレータ。
15. コンクリートポンプ（78）をオン・オフするため及び／又は搬送量（80）を調節するため及び／又はマスト尖端部（82）を昇降するための切り換え兼制御要素が把手（72）に設けられていることを特徴とする請求項13又は14に記載の大型マニピュレータ。
16. 切り換え要素の一つがデッドマンスイッチ（84）として形成されていることを特徴とする請求項15に記載の大型マニピュレータ。
17. 駆動装置（30）が地面（40）からのマスト尖端部（55）の高さ（ｈ）を一定に維持しながら座標発信器を介して組み合わせ制御可能であることを特徴とする請求項１〜16のいずれか一項に記載の大型マニピュレータ。
18. マスト尖端部（55）の高さを調節するための、好ましくは手動操作される高さ調節要素（63）を備えていることを特徴とする請求項１〜17のいずれか一項に記載の大型マニピュレータ。
19. 高さ調節要素が、制御機構（52）又は把手に作用する昇降力に反応し且つ所定の零位置を有する切り換えスイッチ（63）であることを特徴とする請求項18に記載の大型マニピュレータ。
20. マスト尖端部（55）の運動速度が、制御機構（52,54）の向き振れ幅に応じて零位置に対して変位方向に制御可能であることを特徴とする請求項１〜19のいずれか一項に記載の大型マニピュレータ。
21. 折畳みマスト（20）の折畳み軸線（Ａ〜Ｅ）の駆動装置（30）が、選択的に設定可能な変位・揺動特性に応じて操作可能であることを特徴とする請求項１〜20のいずれか一項に記載の大型マニピュレータ。
22. 折畳み軸線（Ａ〜Ｅ）の変位・揺動特性が、座標発信器において、個々のマストアーム（１〜５）に作用する負荷依存の曲げモーメント及び／又はねじりモーメントに応じて変更可能であることを特徴とする請求項21に記載の大型マニピュレータ。
23. 折畳み軸線（Ａ〜Ｅ）の変位・揺動特性が、座標発信器において、特に最も高い及び／又は最も低い折畳み個所を設定することによって、マストアーム運動を空間的に制限する衝突領域に応じて変更可能であることを特徴とする請求項21又は22に記載の大型マニピュレータ。
24. 折畳み軸線（Ａ〜Ｅ）の変位・揺動特性が、座標発信器において、特に最後のマストアーム（５）に設けられた間隔センサによって発せられる測定信号に応じて変更可能であることを特徴とする請求項21〜23のいずれか一項に記載の大型マニピュレータ。
25. 台、特にシャーシ上に設けられ且つ特に折畳みマストとして形成され、そのマスト尖端部に端ホースを支持するためのコンクリート分配マストを備えており、このコンクリート分配マストのマスト尖端部が遠隔制御される駆動装置によって現場へ移動させられ、その端ホースが作業者によって手動でコンクリート打ち込み個所へ向けられるような、請求項１〜24のいずれか一項に記載の大型マニピュレータを取扱操作する方法において、マスト尖端部が端ホースの空間的な移動に応じて移動させられ、所定の遊びの範囲外でのみ当該空間的な移動を可能とすることを特徴とする方法。
26. マスト尖端部がコンクリート打ち込み個所から一定の距離の高さへ移動させられることを特徴とする請求項25に記載の方法。
27. 端ホース（50）が向き振れするときに、マスト尖端部（55）が向き振れ方向に対応する方向に移動することを特徴とする請求項25又は26のいずれか一項に記載の方法。
28. 端ホース（50）が向き振れするときに、マスト尖端部（55）が向き振れ角度又は傾斜角度に依存する速度で移動することを特徴とする請求項25〜27のいずれか一項に記載の方法。

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